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Déshydratation mécanique des boues : soigner les bilans d'exploitation

30 decembre 2011 Paru dans le N°347 à la page 37 ( mots)
Rédigé par : Christophe BOUCHET

Le choix d'une solution de déshydratation dépend de plusieurs critères parmi lesquels l'origine et la nature des boues à traiter ainsi que leur destination finale qui déterminera notamment le degré de siccité requis. Mais conscients du fait que le traitement des boues représente une part importante des coûts d'exploitation d'une station d'épuration et confrontés au renchérissement du coût de l'énergie et des réactifs, les exploitants se montrent plus soucieux qu'auparavant d'optimiser leurs bilans d'exploitation.

Réalisé par

[Photo : sans légende]

Le choix d’une solution de déshydratation dépend de plusieurs critères parmi lesquels l’origine et la nature des boues à traiter ainsi que leur destination finale qui déterminera notamment le degré de siccité requis. Mais, conscients du fait que le traitement des boues représente une part importante des coûts d’exploitation d’une station d’épuration et confrontés au renchérissement du coût de l’énergie et des réactifs, les exploitants se montrent plus soucieux qu’auparavant d’optimiser leurs bilans d’exploitation.

Quelle que soit leur origine, les boues d’épuration sont d’abord constituées d’eau (jusqu’à 99,5 %), de matières organiques et de matières minérales dissoutes ou insolubles. Et quel que soit leur devenir, les traitements qui leur sont appliqués ont pour point commun de viser d’abord et avant tout à réduire

[Photo: Le BooTest d'IFTS, un équivalent du JarTest utilisé en traitement des eaux, est un outil innovant de laboratoire entièrement automatisé qui permet d’optimiser le conditionnement chimique des boues.]

leur teneur en eau, à stabiliser les matières organiques en diminuant leur fermentescibilité et, dans certains cas, à les hygiéniser en neutralisant les micro-organismes pathogènes. Mais là s'arrête la description d'un processus commun de déshydratation s’appliquant à toutes les boues. Car selon leur origine (boues issues de traitement primaire, boues physico-chimiques, boues biologiques ou boues mixtes), leur nature et les processus de déshydratation mis en œuvre, on aboutira en fin de traitement à un produit fini aux propriétés bien différentes : boues épaissies, déshydratées, séchées, digérées, chaulées, compostées, etc. Propriétés qui sont fonction du devenir des boues, c’est-à-dire de leur destination finale : épandage, compostage, incinération... C’est donc bien la destination finale de ces boues qui conditionnera le plus souvent les traitements qui doivent leur être appliqués : même si des boues bien déshydratées sont en général plus séduisantes et plus faciles à gérer pour l’exploitant, pousser la siccité au-delà de ce qui est nécessaire pour les valoriser peut s'avérer tout à la fois inutile, coûteux, voire même inapproprié. La première étape d’un processus de déshydratation bien mené passe donc nécessairement par une étape de caractérisation des boues à traiter.

Caractériser les boues

pour mieux les traiter

La nature des boues soumises à déshydratation varie presque à l'infini. Leurs caractéristiques intrinsèques, c’est-à-dire leur concentration, leur masse volumique, leur viscosité ou encore leur granulométrie tout comme leur comportement en matière de vitesse de sédimentation, de colmatage, influe directement sur le choix d'une technique de séparation liquide-solide. Pour optimiser la phase de déshydratation, il est donc indispensable d’identifier les composés présents dans les boues à traiter. En identifiant ces composés et en les regroupant par familles biochimiques, on pourra ainsi mieux cerner leur comportement lors de la phase de déshydratation envisagée et l’optimiser. Certains fabricants de matériels de déshydratation tels EMO attachent donc une grande importance à conserver en interne un laboratoire d’analyses et d’essais permettant de déterminer les procédés les plus adaptés aux résultats attendus en termes de déshydratation. Andritz, en complément de son laboratoire multi-technologies, réalise sur site des essais de validation avec des unités mobiles de taille industrielle. Adequatec en a également fait le cœur de sa stratégie. Plusieurs organismes développent également une approche globale de la rhéologie des boues de station d’épuration par l'utilisation de rhéomètres équipés de géométries spécifiquement adaptées aux boues, mais aussi par le développement et la mise au point d'outils spécifiques et originaux : mesures in situ en milieu triphasique, mise au point de bancs de caractérisation rhéologique, etc. C'est le cas de l'IFTS (Institut de la Filtration et des Techniques Séparatives), centre de recherches créé en 1981 qui mène de nombreuses recherches dans ce domaine. C’est également le cas de l'IRSTEA (ex-Cemagref), qui travaille au développement d’une technique visant à faciliter la caractérisation des boues en établissant un lien entre conductivité et viscosité.

Baptisé “indice de déshydratabilité”, ce lien

[Encart: Déshydrater les boues de dragage/curage La première étape du traitement des boues de dragage ou de curage consiste bien souvent à déshydrater ce genre de sédiments saturés d'eau pour les traiter et/ou les évacuer. Envisan, hautement qualifiée dans la gestion des boues de dragage/curage, dispose de vastes étendues permettant le lagunage. Mais ses activités de recherche ont permis d’optimiser la technologie de déshydratation mécanique de ces boues sur filtre-presse. En raison de son faible encombrement et de sa grande capacité de traitement journalier, la déshydratation mécanique sur unité fixe ou mobile est une alternative concurrentielle aux techniques traditionnelles. Le faible encombrement des unités de traitement proposées par Envisan lui a permis d’appliquer la technique de la déshydratation mécanique à plusieurs reprises directement au droit des zones de dragage. Lors du traitement de sédiments pollués, ceux-ci sont, après déshydratation, acheminés dans une décharge aménagée spécialement à cet effet. D'autres techniques de traitement peuvent être proposées telles qu’une réduction du volume des boues à éliminer par séparation de la fraction sableuse ou une application de techniques plus traditionnelles de décontamination du sol, comme la bioremédiation, le lavage des sédiments ainsi que le traitement thermique.]
[Photo: Une siccité de 30 % peut être obtenue quel que soit l’équipement de déshydratation utilisé. Pour ceci, le mélange boue/chaux doit être le plus homogène et le plus intime possible afin que chaque particule de chaux entre bien en réaction permettant ainsi un rendement optimal. Ceci est rendu possible par l'utilisation d’un mélangeur bi-vis à palettes crantées couplé à un système d'injection de chaux vive et un ensemble de convoyage par spire sans âme. Réalisation Sodimate.]
[Publicité : EMO]
[Photo : EMO propose des systèmes entièrement automatisés pour l’épaississement et la déshydratation des boues : sur table d’égouttage et presse à bandes, une mesure en ligne de la teneur en matières sèches des boues permet une régulation directe du floculant en entrée d’équipement, et la mesure de siccité en sortie d’équipement permet d’ajuster le dosage du floculant en entrée.]

Contourne la difficulté des mesures rhéologiques pour n’exploiter que des mesures électriques. Cet outil doit permettre aux exploitants de conditionner les boues en évaluant plus précisément la quantité de polymères à ajouter lors du cisaillement ou de la compression pour optimiser le fonctionnement des appareils de déshydratation mécanique.

Conditionner les boues pour optimiser leur déshydratation

Le succès d'une opération de déshydratation des boues passe par un conditionnement correct de celles-ci rendu possible par une caractérisation préalable. Le conditionnement consiste en une floculation de la boue qui permet de casser la stabilité colloïdale tout en augmentant artificiellement la taille des particules. Il repose le plus souvent sur l’ajout de réactifs minéraux ou de polymères de synthèse. La nature du conditionnement mis en œuvre va donc avoir une influence directe sur le taux de déshydratation du sédiment obtenu, chaque réactif utilisé ayant son efficacité propre en ce qui concerne la dimension des flocs formés : grenus avec les réactifs minéraux et volumineux avec les polyélectrolytes.

Pour parvenir à un conditionnement optimal, des essais préalables sont souvent nécessaires. LIFTS a ainsi développé des outils permettant d’assister les exploitants dans cette démarche. Le BooTest (voir article page 14), un équivalent du JarTest utilisé en traitement des eaux, est un outil innovant de laboratoire entièrement automatisé qui permet d’optimiser le conditionnement chimique des boues. « Il permet de floculer, à l’échelle du laboratoire, des suspensions ou des boues dans des conditions contrôlées, quantifiées et surtout répétables, explique Marie-Andrée Sirvain, ingénieur d'études à l’IFTS. Il est à l’optimisation du conditionnement chimique des boues d’épuration et de procédés ce que le JarTest est au conditionnement chimique des eaux potables, de procédés ou résiduaires. »

Les échantillons de boues floculés et épaissis à l'aide du BooTest font ensuite l'objet d’essais pour optimiser la séparation liquide-solide des flocs selon la méthodologie E.C.O.FLOC., acronyme de Étude des Conditions Optimales de la FLOculation. Cette méthode a plusieurs avantages : elle permet d’optimiser le dosage optimal des floculants les plus adaptés, un point particulièrement sensible, beaucoup de professionnels soulignant de nombreux cas de consommation largement excessives de polymères. Mais surtout, elle permet de comparer l'efficacité d'un ou de plusieurs polymères en évaluant les gains obtenus et de tester l’arrivée de nouveaux réactifs de plus en plus performants.

« J’applaudis quand des experts s’ingénient à développer l’expertise nécessaire pour caractériser les boues et optimiser leurs traitements. Encore faut-il que les fabricants d’équipements la traduisent sur le terrain par des réacteurs de floculation dans les règles de l’art comme a choisi de le faire Adequatec, assène Abel Smati. En effet, souvent et pour des économies dérisoires sur le prix de vente, les ateliers de déshydratation sont dépourvus de réacteur de floculation, ce qui rend difficile leur exploitation et empêche toute optimisation de la consommation de réactifs. »

Des réactifs de plus en plus performants

Les réactifs minéraux et polymères de

[Photo : Vue d’un filtre presse automatique de Faure Equipements sur une STEP de 7500 EH]
[Publicité : Faure Équipements]

synthèse ont largement progressé ces dernières années.

La chaux est par exemple utilisée depuis longtemps pour conditionner et hygiéniser les boues de STEP. Sous forme de pré-chaulage en filtres à plateaux ou en post-chaulage après déshydratation en décanteurs centrifuges ou filtres à bandes. Mais la difficulté d’ajouter la chaux à la boue liquide avant déshydratation et son incompatibilité avec beaucoup de polymères organiques indispensables dans les procédés centrifuges et filtres à bandes excluent dans bien des cas un pré-chaulage avant déshydratation. L’apparition de la chaux à réactivité retardée développée par Carmeuse avec Codecal® a permis de lever ces obstacles en rendant le chaulage plus efficace, moins coûteux, plus facile et plus sûr à l’emploi tout en produisant une boue mieux conditionnée, plus sèche et sans odeur. Ainsi, le procédé Codecal® est exploitable et exploité sur centrifugeuse et sur filtre-presse avec de nombreuses références en fonctionnement. Sur centrifugeuse, le gain qualitatif est matérialisé par une hygiénisation totale et homogène des boues, ainsi qu’une structure en adéquation avec un stockage et une manutention optimisée. Sur filtre-presse, les gains en productivité varient entre 50 et 80 % avec une réduction du volume des boues produites pouvant atteindre 20 %.

[Encart : Autre solution favorisée par la hausse du coût de l’énergie, les presses à vis d’Adequatec. La dernière, installée chez un grand industriel du bois, équipe une station d’épuration d’une capacité de 50 000 EH. Cette Adequapress DH3400 développe une capacité massique horaire de 300 kg MS/h et une siccité de 25 % en partant d’une boue à 15 % en moyenne. La puissance installée de cette machine n’est que de 1 250 watts, soit une consommation énergétique inférieure à 4 watts/heure par kg de matières sèches (< 4 kW/kg MS).]

Le Calci-traitement de Lhoist, fruit d’une synergie entre un réactif calco-magnésien Neutralac® et un polymère organique adapté, a également permis d’améliorer substantiellement la déshydratation, quel que soit le mode de déshydratation mécanique mis en œuvre : en filtre à bandes, une augmentation de la matière sèche de 15 à 25 % associée à une diminution de l’ordre de 15 % de la quantité de boue produite a été constatée. En décanteur centrifuge, on a relevé un passage de la teneur en matière sèche des boues déshydratées de 25 à 37 % et une réduction d’environ 5 % de la production de boue. « En presse à vis Adequapress, bien que le post-chaulage classique ne pose aucun problème grâce à la texture bien grenue des boues déshydratées qui ne sont pas collantes et qui se mélangent très facilement avec la chaux en poudre, un essai pilote qualitatif très positif a été réalisé en 2010 avec Carmeuse et Lyonnaise des Eaux sur la STEP de Levroux (36-Indre). Des essais sur des installations réelles sont prévus début 2012 avec Lhoist et Carmeuse », explique Vincent Villain, Adequatec.

En filtre-presse, l’utilisation de Neutralac avec un taux de 25 % permet d’obtenir de 37 à 40 % de siccité sans augmentation de production de boue. La nouvelle gamme Neutralac® Calci-Flo développée conjointement par Lhoist et SNF Floerger permet d’aller encore plus loin en permettant de réaliser des économies significatives en floculants organiques et minéraux.

Les polyélectrolytes cationiques Zetag® 9000 de BASF Performance Products, basés sur des polymères linéaires et hautement réticulés, constituent également une avancée significative en matière de floculants liquides. Spécialement développés pour conditionner les substrats à dominante organique dans les process de séparation solide/liquide, ils assurent des performances techniques élevées, même à des niveaux de dosage faibles. Ces réactifs permettent de tirer le meilleur parti des équipements mécaniques.

[Photo : ATR Créations propose à ses clients la solution « Ressource » qui permet de récupérer les eaux issues de l’égouttage pour alimenter les rampes de lavage des toiles des filtres presses à bandes et ainsi réduire fortement la consommation d’eau et, sur la partie polymères, des modules autonomes de préparation afin d’optimiser la floculation des boues et éviter toute surconsommation de polymères.]
[Publicité : Alfa Laval]
[Encart : Huber commercialise de son côté depuis le début de l’année 2011 un nouveau produit sur le marché français : la Presse à Vis RoS3Q. Parmi ses atouts, des performances en termes de déshydratation très proches de celles des centrifugeuses pour une consommation énergétique de 6 à 10 fois moindre et une consommation en polymères et un taux de capture identiques.]

Encore faut-il sélectionner l’équipement le plus adapté pour atteindre le niveau de siccité requis sans pour autant négliger les bilans d’exploitation de la solution retenue. Des bilans d’exploitation qui sont fréquemment réalisés mais qui recouvrent bien souvent des réalités différentes. « Faut-il prendre en compte 2, 5 ou 10 ans d’exploitation ? Faut-il intégrer l’investissement initial et les aménagements connexes à la solution choisie ? Les chiffres tournent bien souvent à l’avantage de ceux qui les publient », note Thierry Ménager, Directeur technique chez EMO. Une réalité s’impose cependant : les exploitants se montrent de plus en plus sensibles à tout ce qui peut permettre d’améliorer les bilans d’exploitation. Dans ce contexte, le développement des automatismes et le renchérissement des coûts de l’énergie favorisent l’émergence de nouvelles technologies innovantes et donnent un nouvel élan à certains équipements auparavant en perte de vitesse.

Émergence de nouvelles technologies innovantes et nouvel élan à certains équipements auparavant en perte de vitesse

Filtres à bandes, décanteurs centrifuges, presses à vis de type Adequapress, filtres-presses... Ces équipements permettent d’atteindre, sur la base de techniques différentes, un certain degré de siccité : de 15 à 20 % pour le filtre à bandes, de 16 à 23 % pour l’Adequapress, de 20 à 30 % pour le décanteur centrifuge et de 30 à 45 % pour le filtre-presse.

Apprécié pour sa fiabilité et sa robustesse, le filtre-presse commercialisé par Andritz, Choquenet, Diemme Filtration, EMO, Tefsa, HB Drilling (Technicas Hidraulicas) ou Faure Equipements a longtemps souffert de la concurrence des décanteurs centrifuges avant de bénéficier d’un certain regain d'intérêt grâce aux efforts déployés par les constructeurs pour automatiser son fonctionnement. Aujourd’hui, la plupart des constructeurs proposent un système de débâtissage automatique des gâteaux soit par un système de pesée (Faure Equipements), soit par raclage mécanique (Netzsch acquis par Andritz en 2004), soit par un système pneumatique (EMO). Certains constructeurs sont allés plus loin comme Andritz et Faure Equipements qui a été le premier à proposer un système reposant sur un système d’autocontrôle par pesée garantissant le débâtissage automatique sans nécessiter le contrôle d’un opérateur. Mais il restait encore à résoudre certains problèmes liés au colmatage des toiles ou encore au bouchage des trous d’alimentations sur filtres-presses à membrane pour rendre l’équipement complètement automatique. Faure Equipements a donc présenté à Pollutec 2011 un nouveau dispositif intégrant un laveur au système d’automatisation de ses filtres-presse par secouage-pesage. « Ce nouveau dispositif de lavage automatique se déclenche selon trois critères, explique Jean-Pierre Deltreil, Faure Equipements. Après un nombre défini de cycles, lorsque le système par pesée détecte un encrassement de la toile par surpoids et lorsque le temps de remplissage diminue de plus de 20 %. » Le système, adaptable lors d’un revamping sur les machines automatiques existantes de moins de 10 ans, permet à l’exploitant de ne plus se soucier de la fréquence des lavages. Pour remédier aux phénomènes de bouchage sur les trous d’alimentation de certains filtres-presses à membrane, Faure Equipements a également présenté un système mécanique permettant d’enlever le noyau automatiquement. Ces deux innovations équiperont prochainement le filtre-presse automatique remplaçant des filtres à bandes sur la station d’épuration de

[Photo : Depuis les années 2000, Diemme Filtration développe des filtres presses à poutre haute totalement automatique qui intègrent un contrôle automatique du bon débâtissage par pesée ainsi qu’un contrôle continu du dosage des réactifs injectés (polymère ou chaux) par rapport à la concentration des boues. L’automatisme intègre également la gestion du lavage automatique des toiles en fonction du rendement du filtre-presse. Il permet d’établir des bilans journaliers de boues déshydratées et réactifs consommés.]
[Publicité : SARL Simon Moos]
[Photo : Solution simple, fiable et peu consommatrice d’énergie, Serinol fabrique des tambours épaississeurs de boues SERTROM B permettant d’atteindre 6 à 8 % de siccité et 200 kg MS/h.]

Moulins, dans l’Allier. « Nous avons veillé à ce que ces systèmes mécaniques soient extrêmement simples et restent bien dans l’esprit du filtre-presse c’est-à-dire qu’ils soient sûrs, robustes et fiables » souligne Jean-Pierre Deltreil. Ces automatismes ont permis au filtre-presse de regagner des parts de marché notamment sur des stations d’épuration de 7 000 à 20 000 E.H., un segment sur lequel il était quasiment absent. Au-delà des automatismes, un autre argument plaide en faveur du filtre-presse : sa faible consommation énergétique, « de l’ordre de 40 % inférieure à celle des centrifugeuses » selon Jean-Pierre Deltreil.

Andritz, quant à lui, offre un système 100 % automatisé qui est plus qu’une simple aide au débridage. Cette technologie brevetée reproduit les interventions d’un opérateur en raclant et lavant systématiquement chaque plateau, sans dépendre de la fiabilité d’un signal de mesure quelconque. « Ce système automatique et rapide permet d’assurer un réel fonctionnement 24 h/24, sans arrêt entre deux pressées », précise Christian Dousset, responsable process chez Andritz. La prise en compte des consommations énergétiques, peu favorable aux décanteurs centrifuges, a également donné un nouvel élan aux tables d’égouttage, tambours épaississeurs, filtres à bandes commercialisés par Andritz, ATR Créations, EMO, PHR Industrie, Serinol ou encore Huber Technology et aux Adequapress d’Adequatec.

EMO, qui se positionne désormais parmi les tout premiers concepteurs-fabricants d’équipements mécaniques et électromécaniques pour la déshydratation des boues avec une fabrication 100 % française, vient ainsi de remporter un gros contrat à Riyad (Arabie Saoudite) où trois camions de 38 tonnes équipés de tables d’égouttage et de filtres à bandes ont été acheminés pour remplacer quatre décanteurs centrifuges. Le contrat initial qui prévoyait une location sur huit mois devrait être prochainement prolongé. « En France également, les filtres à bandes que l’on donnait pour morts il y a quelques années seulement opèrent un retour en force, notamment sur les petites stations d’épuration », indique Olivier Chagot, responsable commercial chez EMO. Leur faible coût d’achat mais aussi d’exploitation et leur bilan énergétique très favorable – 2 kW contre 20 kW pour les décanteurs centrifuges – plaide en leur faveur. « Les exploitants apprécient également leur robustesse ».

[Encart : Choisir une technologie de déshydratation : quels critères retenir ? Sede Environnement intervient auprès des industries et des collectivités productrices de boues d’épuration ou de déchets organiques et minéraux pour assurer leur évacuation, leur traitement et leur valorisation. Dans le cadre de son offre multifilières, Sede Environnement dispose d’une entité spécialisée dans la résolution de problématiques liées aux boues et sédiments : l’Unité de Traitement des Liquides (UTL). L’UTL intervient sur les stations d’épuration urbaines et industrielles et propose une grande variété de prestations liées au traitement des boues et sédiments : études préliminaires (dossier administratif, étude de faisabilité…), curage, dragage, entretien de plans d’eau, vidange de digesteurs, déshydratation des boues par unité mobile, installation d’unités de traitement de boues fixes, audit d’installation et assistance à l’exploitation, maintenance des équipements, location de matériels, réalisation d’études technico-économiques (définition des équipements, choix des filières de valorisation ou élimination). Pour Valdemar Fernandes, directeur de l’UTL chez Sede Environnement, « Les matériels sont aujourd’hui performants, les constructeurs essayant de réduire les aspects énergétiques et les consommations de réactifs. Nous déplorons toutefois l’absence de données objectives sur les coûts de maintenance, les durées de vie des matériels, les limites d’utilisation en cas de présence de matériaux abrasifs, (les vis sur les centrifugeuses,…) ». Le choix d’une technologie de déshydratation en fixe ou en mobile dépend pourtant de nombreux critères parmi lesquels : - La capacité de l’équipement en kg MS/h - La consommation de polymère en kg de matières actives/t MS - La consommation électrique en kWh/t MS - Les risques sur le matériel en cas de présence de produits abrasifs (sables, …) - Les risques sur le process en cas de variations importantes des propriétés intrinsèques des boues sur la journée - La siccité limite des boues déshydratées à atteindre - L’encombrement au sol des équipements - La disponibilité des équipements (taux de disponibilité opérationnel, taux de performance…) - La facilité de maintenance des équipements.]
[Publicité : Gruppo Pieralisi]
[Publicité : Serinol et Semeo]
[Photo : Cette unité mobile conçue par Faure Equipements en collaboration avec PCM est équipée de 110 plateaux et dépasse les 44 tonnes.]

Simplicité, robustesse, fiabilité sont des concepts qui reviennent en force. ATR Créations a ainsi intégré depuis plusieurs années dans la conception de ses machines trois critères clefs pour optimiser les coûts :

  • la mobilité qui permet de mutualiser le traitement de plusieurs sites et ainsi réduire les coûts d’investissement,
  • la robustesse qui assure une plus grande fiabilité des unités mobiles ATR Créations et diminue les coûts de maintenance,
  • l’innovation dans de nouvelles solutions techniques qui permettent l’optimisation des coûts d’exploitation.

Sur ce dernier point, ATR Créations propose à ses clients la solution « Ressource » qui permet de récupérer les eaux issues de l’égouttage pour alimenter les rampes de lavage des toiles des filtres-presses à bandes ATR Créations et ainsi réduire fortement la consommation d’eau et, sur la partie polymères, des modules autonomes de préparation afin d’optimiser la floculation des boues et éviter toute surconsommation de polymères.

Autre solution favorisée par le renchérissement des coûts de l’énergie, les presses à vis d’Adequatec dont quatre unités ont été mises en service ces derniers mois. La dernière, installée en octobre 2011 en Irlande chez un grand industriel du bois, équipe une station d’épuration d’une capacité de 50 000 EH. Cette Adequapress DH3400 développe une capacité massique horaire de 300 kg MS/h et une siccité en sortie de 25 % en partant d’une boue à 15 g/l en moyenne. La puissance installée de cette machine n’est que de 1 250 watts, soit une consommation énergétique inférieure à 4 wh/kg MS. « Au total, en France, quatre autres installations chez différents industriels (laiterie, cosmétique, biscuiterie, abattoir) et une dizaine d’autres installations ont été mises en service dans le courant de l’année 2011 » précise Abel Smati, fondateur d’Adequatec.

Huber commercialise de son côté depuis le début de l’année 2011 un nouveau produit sur le marché français : la Presse à Vis RoS3Q. Parmi ses atouts, des performances en terme de déshydratation très proches de celles des centrifugeuses pour une consommation énergétique de 6 à 10 fois moindre et une consommation en polymères et un taux de capture identiques. Autre avantage, sa maintenance qui peut être assurée par l’exploitant sans nécessiter de compétences pointues. « Cette machine est très appréciée des exploitants » souligne Henry de Miramon, directeur général de Huber Technology France. « Nous avons fait des tests avec une machine mobile en octobre sur deux stations de la Lyonnaise des Eaux (Libourne et Levroux) qui ont été jugés très positifs. »

[Encart : Éliminer le phosphate des eaux usées Ces dernières décennies, les techniques agricoles de plus en plus élaborées ont permis de multiplier les rendements de cultures par 3 ou 4. Les engrais phosphatés ont joué un rôle essentiel. Mais il est aujourd’hui avéré que ces phosphates sont néfastes pour l’environnement. En outre, les réserves de phosphates sont limitées et elles ne pourront pas toujours satisfaire la demande. Il existe donc un besoin de techniques durables pour l’élimination de phosphates intégrant une approche énergétique efficiente, associée à un produit fini pouvant être utilisé comme engrais complet. La technologie NuReSys® répond à ces conditions. Le produit fini est pur et à forte teneur en phosphate mais aussi en magnésie et en azote. Sa valeur en tant qu’engrais chimique a été démontrée. De plus, le rejet de CO₂, pour la production d’une tonne d’engrais chimique équivalente se situe entre 5 et 6 tonnes. D’autres techniques permettent d’éliminer le phosphate des eaux usées mais jusqu’à aujourd’hui, elles se soldaient généralement par une production de boues à forte teneur en phosphate nécessitant un traitement supplémentaire. En outre, ce phosphate, fortement fixé, était difficile à réutiliser sans parler de l’utilisation des réactifs contaminés par des métaux lourds tels que le nickel et le zinc. Une alternative consiste à cristalliser le phosphate sous la forme de struvite. Cette technique forme un produit cristallin pur pouvant être réemployé comme engrais sans traitement supplémentaire. Après plusieurs années de recherches, le groupe Akwadok a élaboré une approche industrielle pour appliquer cette technique aux eaux usées. Une première réalisation mise en service en Allemagne en 2006, d’un débit de 125 m³/h, élimine le phosphate à concurrence de 85 %. Le produit fini a été accrédité comme engrais par les autorités locales. Fin 2008, une seconde installation mise en service à Courtrai (Belgique) traite 60 m³/h d’effluents issus d’une usine fabriquant des pommes frites surgelées. Actuellement, en Flandre, 40 tonnes de struvite sont récupérées et réutilisées chaque semaine ! La struvite pour l’élimination des phosphates connaît déjà plusieurs applications à échelle industrielle. La plupart d’entre elles se situent en traitement des eaux usées domestiques, en particulier sur les eaux de rejets de la méthanisation des surplus de boues. La technologie NuReSys® a été adaptée au traitement spécifique des débits élevés. Elle est applicable dans le secteur agro-alimentaire, lixiviats de décharge, biométhanisation et traitement du lisier. Elle utilise le concept classique d’un réacteur de cristallisation fonctionnant en continu et équipé d’un simple agitateur. Le succès de NuReSys® est dû au contrôle spécifique du processus de réaction à base du pH, dosage des réactifs et un algorithme développé qui contrôle l’agitateur. Le but final est la croissance de la nouvelle matière struvite sur les cristaux existants. C’est seulement dans ces conditions qu’un produit pur et réutilisable peut se former.]
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Nouvelle génération de décanteurs centrifuges Westfalia Separator ecoforce

[Photo : Nouvelle génération de décanteurs centrifuges Westfalia Separator® ecoforce]

Mais au-delà du seul coût de l’énergie consommée, d’autres paramètres encore trop souvent négligés doivent être pris en compte pour soigner les bilans d’exploitation.

Prendre en compte tous les paramètres pour soigner les bilans d’exploitation

« Autrefois négligée, la consommation en polymères fait partie des critères qui gagnent peu à peu en importance, note Olivier Chagot, EMO, même si l’on voit encore fréquemment, sur le terrain, des consommations disproportionnées et finalement peu surveillées ». Autre critère encore peu considéré, les taux de capture sur les machines, c’est-à-dire la proportion de matières qui échappent au traitement et retournent en tête de filière. « En France, ce critère est encore peu pris en compte mais sur certaines exploitations comme à Riyad par exemple, ce taux est suivi chaque jour à la loupe » observe Olivier Chagot. Ainsi, les automatismes qui conditionnent ou non la présence d’un opérateur, les consommations en énergie, en réactifs, les taux de capture et le degré de siccité obtenu, conditionnent largement le choix des exploitants. Le succès des décanteurs centrifuges, commercialisées par Andritz, Alfa Laval, Flottweg, Pieralisi ou encore Westfalia Separator et qui sont très présents dans les ateliers de déshydratation en France n’a pas d’autre origine : compacts, étanches pour éviter les émissions d’odeurs et les risques de contamination, leur fonctionnement est continu et totalement automatisé. Le fait qu’ils présentent souvent une alternative intéressante aux procédés de filtration gourmands en consommables (chlorure ferrique, chaux ou encore eau de lavage des toiles) ou nécessitant des arrêts fréquents n’a pas empêché les constructeurs d’innover pour améliorer les performances de leurs machines et optimiser leur bilan d’exploitation.

En 2010, Alfa Laval a de son côté lancé Aldec G3, une nouvelle génération de décanteurs qui permet des économies sur la consommation d’énergie pouvant atteindre 40 %. Ce nouveau décanteur a été développé autour d'une innovation technologique baptisée Slimline qui comporte un convoyeur de diamètre réduit qui augmente l’espace disponible pour le liquide dans le bol et accentue la pression sur la paroi du bol. Ce nouveau convoyeur permet d’obtenir une siccité plus importante ou d’utiliser moins de polymères. Parallèlement, un rayon de sortie du liquide plus petit permet de réduire la perte d’énergie lors de la rotation du bol et d’économiser jusqu’à 20 % sur les coûts énergétiques. La nouvelle génération de décanteurs Aldec G3 est également équipée de Power Plates dont la fonction essentielle est de réduire les pertes d’énergie cinétique quand le liquide sort du bol. Cela peut se traduire par une diminution de la consommation d’énergie jusqu’à 20 %. Ces innovations sont à la fois disponibles sur des matériels neufs tout comme sur le matériel existant en vue de l’optimisation du fonctionnement du parc installé actuel par les exploitants.

Andritz, leader mondial pour les centrifugeuses d’épaississement et de déshydratation de boues, intègre dans ses machines le fruit des recherches de son centre d’expertise basé à Châteauroux. Plus particulièrement, les exploitants bénéficient de l’amélioration des performances de séparation grâce à la nouvelle vis convoyeuse HP2 à filet ajouré, de la récupération de l’énergie hydraulique d’évacuation du centrat réduisant significativement la consommation électrique et du Polysave™, un système d’optimisation du dosage de polymères par le contrôle continu de la qualité des boues entrantes assurant une réduction de la consommation annuelle. Pour gérer le différentiel de vitesse entre la vis et le bol, Pieralisi dispose du système Roto-Variateur®, un dispositif éprouvé qui offre une plage d’utilisation beaucoup plus étendue qu’un second moteur traditionnel. Consommant peu d’énergie, l’énergie absorbée est restituée au moteur principal, le Roto-Variateur® permet de réguler le couple par rapport au couple maximum admissible, de réduire la consommation de floculant tout en optimisant la déshydratation.

De son côté, Adequatec annonce pour 2012 une extension de sa gamme d’Adequapress aux très grandes installations grâce à son nouveau brevet français : l'Adequapress Swing. « C’est un tambour à disques sans limite de taille et sans frottement pour plus d’économie d’énergie et plus de capacité », explique Vincent Villain, Adequatec. Après la séparation des phases de floculation et de déshydratation, Adequatec continue sur le même principe simplificateur. « Avec la technologie Adequapress Swing, l’entraînement des anneaux mobiles est assuré par un moyen externe. Ainsi, le process de filtration des boues (assuré

[Photo : En 2010, Alfa Laval a lancé Aldec G3, une nouvelle génération de décanteur qui permet des économies sur la consommation d’énergie pouvant atteindre 40 %.]
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[Encart : La presse à boue développée par Bucher vient d’intégrer Dehydris™ Twist, le nouveau procédé de déshydratation des boues commercialisé par Degrémont. Parmi les atouts de cette presse qui combine les performances du filtre-presse et l’automatisation du décanteur centrifuge : une haute siccité, une grande compacité, un fonctionnement 100 % automatique sans présence de personnel y compris lors du déshabillage et une productivité élevée.]
[Photo : Presse à boue Bucher]

par le tambour à disques autonettoyant) est séparé de celui de leurs convoyages et pressage (assurés par la vis). La séparation des fonctions de floculation, filtration, convoyage et pressage permet de contrôler chaque étape, de l’évaluer et de l’optimiser d’une manière très précise et sans interférence des autres fonctions », explique Vincent Villain.

Autre solution prometteuse, la presse à boue développée par Bucher qui vient d’intégrer Dehydris™ Twist, le nouveau procédé de déshydratation des boues commercialisé par Degrémont (voir EIN n° 345). Parmi les atouts de cette presse qui combine les performances du filtre-presse et l’automatisation du décanteur centrifuge : une haute siccité (environ 100 % de la siccité limite de la boue contre 80 % pour une centrifugeuse, par exemple), une grande compacité, un fonctionnement 100 % automatique sans présence de personnel y compris lors du déshabillage et une productivité élevée : un temps de marche de 24 h/24 et 7 j/7 est possible sur une base de 8 000 h/an pour tenir compte des maintenances. La mise en place d’un premier équipement avec Degrémont en eau potable sur Châteaubourg (35) courant 2012 permettra d’atteindre une siccité jusqu’à 40 % en conditionnement polymère sans adjonction de chaux. Les quantités de boues à évacuer sont ainsi réduites de 35 à 50 % par rapport à un filtre-presse avec un conditionnement traditionnel polymère-chaux ou une centrifugeuse en conditionnement polymère.

Au-delà de ces performances, cette presse à boues présente de nombreux avantages parmi lesquels :

  • - l’obtention d’une siccité à la carte selon la destination retenue ;
  • - l’optimisation automatique du procédé en cas de variation de quantité mais surtout de qualité de boue ;
  • - un fonctionnement automatique natif très simple. L’automaticité est garantie sans équipement supplémentaire ou dispositif mécanique particulier ;
  • - l’automaticité du système reste fiable et garantie sans adjonction de chaux ;
  • - peu ou pas de lavage des toiles filtrantes grâce à un nettoyage naturel des toiles pendant tout le cycle de déshydratation ;
  • - les filtrats obtenus sont très peu chargés avec des taux de capture > 99 %, d’où une réduction de la charge ramenée en tête de station (idéal également dans le cadre des procédés de shunt du cycle de l’azote sur les filtrats de boues digérées qui ne tolèrent guère la présence de MES, par exemple) ;
  • - des coûts d’entretien et de maintenance réduits avec peu de besoin en main-d’œuvre ; l’intégralité de la maintenance est à la portée de tout exploitant disposant de connaissances de base en électromécanique ;
  • - équipement multi-filières offrant une très grande souplesse d’exploitation (siccité à la carte et possibilité de doubler voire quadrupler le débit massique à volonté et sans modification ni contrainte pour l’exploitant). L’unité peut fonctionner de manière automatique sur une plage de siccité allant des siccités du filtre à bande jusqu’à la siccité limite (plus la siccité visée est basse, plus le débit massique est important).

« Le partenariat signé avec Degrémont porte sur le déploiement commercial dans les 33 pays où Degrémont est présent de Dehydris™ Twist vers les marchés municipaux et industriels du traitement de l’eau », indique Jean-François Mischler, responsable commercial chez Bucher.

Autre solution qui permet dans certains cas de soigner les bilans d’exploitation et qui rencontre la faveur des exploitants : la location d’un matériel mobile, autonome, adapté et dimensionné aux volumes à traiter qui permet de mutualiser la déshydratation de plusieurs STEP dépourvues d’installations fixes. Andritz, Aqua-Traitements,

[Photo : Unité mobile Andritz équipée d’une centrifugeuse Série D-5 pour traiter jusqu’à 70 m³/heure]
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ABB Andreu Equipements Boet, spécialisée dans la location de décanteurs centrifuges, offre des unités mobiles de déshydratation de toutes tailles parmi lesquelles figurent deux des plus grandes centrifugeuses en exploitation aujourd'hui dans le sud de l'Europe.

ATR Créations, Hydrovide, E2SE, Envisan, Flottweg Rivard, Sede Environnement, Serv'Environnement, Simon Moos, ou EMO proposent une gamme de solutions mobiles reposant sur des tables d'égouttage, des filtres à bandes, filtre-presse ou des décanteurs centrifuges pour quelques heures ou plusieurs mois.

« Dans le domaine de l'épuration et du traitement des boues, la situation économique actuelle incite à la location ou délégation de services plutôt qu'aux investissements », souligne Julien Blanvillain, directeur de SEMEO.

« Cette tendance à déléguer le traitement des boues à des spécialistes permet aussi d'optimiser les coûts de traitement par la recherche permanente de réduction des frais de fonctionnement (énergie, consommables, évacuation...). » Mobilisable sous 24 heures, l'équipe SEMEO peut intervenir pour résoudre un problème urgent de déshydratation des boues. Elle dispose d'un parc de plus de 40 unités mobiles (centrifugeuse, filtre-presse, filtres à bandes, table d'égouttage) pour répondre à une large gamme de débits. Elle peut aussi monter des projets clés en mains sur des applications particulières en rajoutant des équipements périphériques ou complémentaires (cribles, silos, hydrocyclones…). Elle s'appuie sur un laboratoire interne au groupe pour analyser les boues et optimiser les filières. Deux formules sont proposées : la location simple ou la délégation de services. Dans ce dernier cas, SEMEO s’engage sur des performances de réduction des volumes.

ABB Andreu Equipements Boet, spécialisée dans la location de décanteurs centrifuges, offre des unités mobiles de déshydratation de toutes tailles parmi lesquelles figurent deux des plus grandes centrifugeuses en exploitation aujourd'hui dans le sud de l'Europe, qui ont été développées pour traiter les boues provenant des digesteurs anaérobies, boues de lagune, boues de dragage, boues de forage, décontamination des sols, etc. (débit de 5 Tn/MS/heure). Chaque unité mobile est logée dans un conteneur ou une structure composée d'un décanteur centrifuge, de pompes à boues, de pompes à polymères, d'une unité de préparation de polymères, de convoyeur de décharge, d’un panneau de commande avec automate et de tuyaux et câbles pour la connexion. Les unités sont livrées sur site au moyen d’un camion et exigent une simple connexion sur le site.

Louer une unité de centrifugation mobile est également une bonne option en cas...

[Encart : texte : Sécurité, robustesse et technicité restent au centre des préoccupations chez Choquenet Depuis 2004, Choquenet SAS travaille à rendre automatiques les filtres-presses dans les stations d'épuration. « Nous avons essayé toutes sortes de solutions telles que les mouvements de toiles, le secouage des plateaux, mais ces derniers nous ont permis de constater que ces systèmes ne sont effectivement efficaces que sur des toiles propres, ce qui entraîne, entre autres, une augmentation de la quantité d’eau de lavage des toiles » explique Gérard Choquenet, Président de la société. Choquenet n'a donc pas continué dans cette voie mais a préféré développer et améliorer son débatisseur, un système de raclage du gâteau sur la toile. Fidèle reproduction de la main de l'homme avec sa spatule, les racleurs épousent la forme du plateau (bossages, plan de joint, etc.) afin de parcourir toute ou partie de la hauteur de ce dernier. « Ce système, fruit de notre développement, garantit l’absence de gâteaux sur la toile grâce à un système de cellules optiques couplées et positionnées sous le filtre qui contrôlent en permanence la chute du gâteau » souligne Gérard Choquenet. « De même, dans le but d’être en conformité, nous avons développé des systèmes permettant aux opérateurs de piloter les filtres-presse en toute sécurité. Ceci est une exigence de notre société toujours soucieuse de la sécurité des opérateurs ». Ainsi des panneaux ont remplacé les barrières grillagées et les protections par barrières immatérielles sont couplées à d'autres équipements de sécurité. » Nous ne pouvons pas fournir des systèmes de sécurité ne prenant pas en compte les fuites observées et inhérentes à chaque filtre-presse » indique Gérard Choquenet.]
[Photo : ABB Andreu Equipements Boet]
[Photo : Avec TBM, Rivard propose un véhicule de déshydratation des boues permettant une réduction des volumes embarqués à la source : fosses toutes eaux, bac à graisses, piste de lavage..., synonyme d’importantes économies logistiques.]
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Simon Moos

[Photo : Le système trois en un KSA de Simon Moos (déshydratation des boues, combiné hydrocureur, recycleur) peut être utilisé pour le traitement des boues provenant des stations d'épuration et de diverses industries.]

de besoins liés à des opérations de maintenance, de dépannage ou de changement des équipes en service.

Il n'y a pas de dépenses en capital, pas de perte de production, un risque réduit pour tester un nouveau processus sur site, une surface au sol requise réduite, un contrat exclusivement composé de coûts fixes, un temps de réponse court et aucun temps d'arrêt coûteux. Pour fournir des solutions à court et long terme, ABB offre par ailleurs une variété de forfaits susceptibles de s'adapter aux besoins de tous les exploitants.

Pour les longues durées, ABB Andreu Équipements Boet fournit également des systèmes complets avec des centrifugeuses construites sur demande.

Dans le même esprit, Faure Équipements développe depuis peu des équipements complets reposant sur des filtres-presse automatiques logés dans des containers pré-équipés en usine et prêts à être branchés. « Initialement développés pour l'export, puis en France pour des centrales à béton, ils séduisent un spectre de plus en plus large d’exploitants, indique Jean-Pierre Deltreil. Modulables, évolutifs, susceptibles d’être loués aussi bien qu’achetés et en tout cas bien moins coûteux qu’un bâtiment, ils ne nécessitent que 4 plots en béton pour fonctionner ». Un container de 40 pieds peut accueillir en quelques heures seulement une installation de déshydratation d'une capacité de 20 000 E.H. !

Loic Lebégue, Directeur Commercial Andritz, conclut : « Il n’y a pas qu'une seule règle pour le choix d'une technologie de déshydratation ; de nombreux paramètres peuvent être pris en compte : (budget, performance recherchée, devenir des boues, encombrement, automatisation). D'où l'importance de disposer dans sa gamme la plupart des technologies disponibles et de pouvoir objectivement offrir à chaque client la solution optimale ».

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